pag. 1 LA VITA E I VIVENTI 1. LA VITA E I VIVENTI 1.1. Che cosa è la vita? Le tesi sulla vita sono due: Tesi meccanicistica: la vita è un processo naturale all'interno della materia stessa che si trasforma in materia vivente; Tesi vitalistica: la vita è un intervento straordinario, al di fuori della natura stessa; l'opera di uno "spirito vitale" che trasforma la materia in sostanza vivente Un organismo è un essere vivente se: Possiede un metabolismo cioè scambia continuamente sostanze ed energia con l'ambiente che lo circonda. Il metabolismo è l insieme delle seguenti funzioni: nutrizione, digestione, respirazione, assimilazione, escrezione Possiede sensibilità o eccitabilità, cioè la capacità di reagire a stimoli esterni con una risposta adeguata Possiede movimento spontaneo, cioè spostamento di tutto il corpo o di una parte Si sviluppa cioè modifica progressivamente il corpo durante la sua vita Si evolve cioè contribuisce all evoluzione della propria specie mediante un lento e continuo cambiamento nel tempo Si riproduce cioè è capace di generare individui simili a se stessi. Se muore Se ha una organizzazione cellulare Organizzazione cellulare teoria cellulare: 1. Tutti i viventi sono formati da una o più cellule; 2. le cellule costituiscono le unità fondamentali di ciascun organismo; 3. tutte le cellule derivano da altre cellule.
pag. 2 Organismi unicellulari sono organismi costituiti da una sola cellula, autonoma e che esplica tutte le funzioni necessarie alla sopravvivenza. Organismi pluricellulari sono organismi costituiti da tante cellule che dipendono le une dalle altre e sono organizzate per esplicare funzioni diverse tra loro. Come sono organizzate le cellule negli organismi pluricellulari? Le cellule di forma diversa sono specializzate a funzioni diverse. Tessuto: un insieme di cellule della stessa forma e con la stessa funzione Organo: un insieme di tessuti che collaborano per una funzione comune. Apparati: un insieme di organi che operano per una stessa funzione più complessa Organismo : un insieme di apparati I Tessuti Tessuto epiteliale o di rivestimento a struttura pavimentosa Tessuto muscolare a struttura fibrosa Tessuto nervoso Tessuto connettivo costituito da cellule immerse in una sostanza fondamentale (tessuto osseo, tessuto adiposo,.) Le cellule furono osservate per la prima volta nel 1665 da Robert Hooke, che studiò con un microscopio rudimentale sottili fettine di sughero e vide che esse erano formate da elementi di forma regolare. Egli chiamò cellule questi elementi (dal latino cellula, "piccola stanza"), perché esse avevano l'aspetto di piccole scatole. Ciò che egli vide erano in realtà pareti di cellule vegetali morte. Nel 1673 Antoni van Leeuwenhoek effettuò invece osservazioni su globuli rossi, su piccoli organismi presi da acque stagnanti e su spermatozoi (che egli considerava piccoli animali, "animalunculi"). Nel 1830 Theodor Schwann compì studi al microscopio sulla cartilagine di animali e vide che questa era formata da cellule simili a quelle delle piante, e ipotizzò che le cellule sono gli elementi costitutivi fondamentali di piante e animali; analoghe conclusioni trasse nel 1839 Matthias Schleiden. Nel 1860 Rudolf Virchow affermò che le cellule devono essere le "unità vitali" di tutti gli organismi, e che ogni cellula deriva da un'altra cellula.
pag. 3 1.2. Struttura di una cellula Tutte le cellule hanno una struttura comune: Membrana plasmatica, citoplasma, nucleo La membrana cellulare o plasmatica, un sottile rivestimento che avvolge la cellula, ha i compiti di: regolare gli scambi fra cellula e ambiente esterno selezionare le sostanze nutritive in entrata facilitare l'uscita dalla cellula delle sostanze di rifiuto Il citoplasma, è una massa gelatinosa costituita in prevalenza da acqua, sali minerali e sostanze organiche (zuccheri, grassi, amminoacidi) nella quale troviamo tutti gli organuli che svolgono le varie funzioni della cellula.
pag. 4 Il nucleo, posto al centro, è la parte più importante della cellula: dirige tutte le funzioni metaboliche cellula; in particolare gestisce la sintesi delle proteine e la riproduzione della cellula stessa. 1.3. Organuli della cellula organuli del citoplasma mitocondri, a forma di salsicciotti il cui diametro è 0,5-1 micron (1 micron = 0,001 mm); sono addetti alla produzione di energia mediante le reazioni chimiche della respirazione (C 6 H 12 O 6 + 0 2 = H 2 0 + CO 2 + Energia ); ribosomi, a forma di due mezze sfere, sono addette alla sintesi delle proteine; la loro dimensione è di circa 15-20 nm (1nm=0,000001mm); in una cellula vi sono circa 15000 ribosomi. vacuoli, a forma di vescichette rotonde, esplicano la funzione di accumulo di acqua, sostanze nutritive di riserva e sostanze di rifiuto. lisosomi, vescichette sferiche con il compito di controllare la distruzione sia di eventuali corpi estranei alla cellula, sia di organuli della stessa cellula. (alla loro morte le cellule vengono smontate per essere riutilizzate); reticolo endoplasmatico, una fitta rete di canali e vescichette intercomunicanti, attraverso la quale le sostanze vengono trasportate da un punto all'altro della cellula; il complesso del Golgi, un insieme di membrane, vesciche e vacuoli, che ha la funzione di trasportare all'esterno della cellula sostanze utili all'organismo; I centrioli, piccoli organuli di forma cilindrica che intervengono durante la riproduzione della cellula. organuli del nucleo: membrana nucleare, racchiude il nucleo e permette il passaggio di sostanze nel e dal citoplasma; nucleoli, corpi sferici in cui avvengono importanti reazioni chimiche; cromatina, ammasso di granuli e filamenti che al momento della riproduzione si trasforma in organuli a forma di bastoncini: i cromosomi, che hanno il compito di trasmettere i caratteri ereditari.
pag. 5 nella cellula vegetale si hanno inoltre: La parete cellulare che, costituita da cellulosa, avvolge la membrana e sostiene la cellula. Cloroplasti contengono la clorofilla, adibita alla fotosintesi clorofilliana H 2 0 + CO 2 + Energia solare = C 6 H 12 O 6 + 0 2 1.4. Composizione chimica di una cellula Le cellule sono formate da molecole e, quindi, da atomi. Le molecole delle cellule sono prevalentemente molto complesse e il loro componente principale è il carbonio; formano i composti organici. I composti organici presenti nelle molecole delle cellule sono: acidi nucleici, proteine, glucidi, lipidi. I composti inorganici che contribuiscono alla formazione delle cellule hanno molecole molto semplici: acqua, cloruro di sodio e altri sali minerali. Proteine (10-20%) contribuiscono alla formazione della struttura della cellula, favoriscono lo scambio di sostanze fra la cellula e l esterno e viceversa, dirigono l insieme delle reazioni chimiche (enzimi). Glucidi (1%) sono riserva di energia per le attività della cellula. Lipidi (2-3%) sono una elevata fonte di riserva energetica e fungono da materiale isolante perché insolubili nell acqua. Acidi nucleici (1-1,5%) contengono le informazioni genetiche dell individuo (DNA e RNA) Acqua (75%) favorisce e costituisce il trasporto delle sostanze. Sali minerali (1-1,5%) sono responsabili dell equilibrio delle attività della cellula. Nelle parti verdi delle cellule vegetali si trovano piccoli corpuscoli, i cloroplasti, che contengono la clorofilla, il pigmento responsabile del colore verde e che ha la
pag. 6 capacità di catturare la luce solare. I vacuoli nella cellula vegetali sono abbondanti e contengono acqua, sali minerali, sostanze di riserva e pigmenti responsabili della colorazione di frutta e fiori. 1.5. Tipi di cellule La cellula può essere: Cellule procariota se è priva di una membrana nucleare ed ha un solo cromosoma disperso nel citoplasma (cellula primitiva). Cellula eucariota se il nucleo è provvisto di membrana e contiene più cromosomi. 1.6. Tipi di organismi Dalla quantità di cellule si hanno organismi: Unicellulari se formati da una sola cellula Pluricellulari se formati da più cellule Dal tipo di cellula si hanno organismi: Procariotici se hanno cellule procariote Eucariotici se hanno cellule procariotiche Dal modo di nutrirsi si hanno organismi: Autotrofi perchè, utilizzando sostanze inorganiche semplici (CO 2, H 2 O, sali minerali di azoto, fosforo, zolfo, ) costruiscono sostanza organica da cui ricavano l energia interna necessaria per produrre le sostanze organiche da utilizzare per i loro processi vitali. Dal modo di procurarsi l energia esterna, si distinguono: fotoautotrofi se utilizzano energia luminosa, chemioautotrofi se utilizzano energia chimica esterna.
pag. 7 Fotosintesi clorofilliana nei vegetali H 2 0 + CO 2 + Energia solare = C 6 H 12 O 6 + 0 2 Fotosintesi in batteri anaerobici 6 CO 2 + 12 H 2 S C 6 H 12 O 6 + 12 S + 6 H 2 O Eterotrofi perchè si procurano sostanza organica (come cibo) dall esterno da cui ricavano l energia interna necessaria per produrre le sostanze organiche da utilizzare per i loro processi vitali. Dal modo di procurarsi le sostanze organiche si distinguono: erbivori, carnivori, onnivori, detritivori,. Animali: ingeriscono il cibo da cui ricavano le sostanze organiche. Vegetali: funghi e alcune piante privi di cloroplasti si comportano da eterotrofi. In base al modo di procurarsi le sostanze organiche si hanno: saprofiti: ricavano il nutrimento dalla materia organica in decomposizione (animali morti e resti vegetali e alimentari) Parassiti: si nutrono a spese di un altro essere vivente ospite al quale sottraggono le sostanze organiche provocandogli malattie anche fino alla morte. Simbionti: vivono in associazione con altri organismi da cui traggono delle sostanze organiche producendone altre utili all'organismo ospite.
pag. 8 2. CLASSIFICAZIONE VIVENTI 2.1. Regno delle piante Il regno delle piante comprende organismi pluricellulari eucariotici e autotrofi. Le piante sono di vitale importanza per quasi tutti gli esserei viventi: producono ossigeno sono fonte alimentari per gli animali e l'uomo forniscono materiale da costruzione per l'uomo e, anche, per alcuni animali forniscono fibre tessili, coloranti e sostanze per la preparazione di medicine. Trattengono con le radici il suolo e lo proteggono dall'azione erosiva delle acque piovane. Nella pianta si distinguono: le radici, il fusto e le foglie 2.2. Radice La radice è l'organo che fissa la pianta al suolo e che le permette di assorbire l'acqua e i sali minerali disciolti nell'acqua, detta linfa grezza. La radice si divide in tre parti: apice radicale formato da cellule in rapida e continua divisione (mitosi) è protetto da uno strato di cellule detto cuffia; zona di accrescimento formata da cellule che distendendosi per metto l'allungamento della radice zona di assorbimento o zona pilifera munita dei peli radicali la cui funzione è di assorbire per osmosi la linfa grezza 2.3. Fusto Il fusto è la parte principale della pianta che mette in comunicazione le radici con i rami e le foglie per assicurare gli scambi nutritivi. Il fusto si divide in quattro parti: epidermide tessuto sottile con funzione protettiva; corteccia che, avvolgendo il fusto, lo protegge da parassiti e agenti atmosferici cilindro centrale che contiene numerosi e sottili tubicini detti vasi attraverso i
pag. 9 quali scorre la linfa. Il cilindro centrale si divide in legno i cui vasi detti legnosi per capillarità trasportano la linfa grezza verso le foglie e libro, a contatto con la corteccia, i cui vasi detti cribrosi trasportano la linfa elaborata a tutta la pianta. midollo, al centro del fusto, ha la funzione di immagazzinare sostanze di riserva. 2.4. Foglia La foglia è l'organo più ricco di clorofilla. La foglia provvede alla funzione della fotosintesi clorofilliana e alla traspirazione. La fotosintesi clorofilliana permette alla pianta di provvedere alla produzione di glucosio da cui ricavare l'energia chimica necessaria per la produzione delle altre sostanze organiche utili alla pianta. La traspirazione è il fenomeno per cui la foglia elimina l'acqua in eccesso sotto forma di vapore acqueo. Il fusto è la parte principale della pianta che mette in comunicazione le radici con i rami e le foglie per assicurare gli scambi nutritivi. 2.5. Riproduzione a) Riproduzione agamica o vegetativa Tuberi, bulbi e rizomi (fusti sotterranei) Stoloni, rami laterali che spuntano da una gemma alla base della pianta (fragole) polloni, giovani germogli che si sviluppano alla base delle piante. Margotta, talea e propaggine tecniche artificiali di riproduzioni. b) Riproduzione gamica o sessuata Gli organi riproduttivi della pianta sono localizzati nel fiore. Le piante sono dette dioiche se gli organi riproduttivi maschili e femminili sono separati su piante diverse, monoiche se gli organi riproduttivi sono sulla stessa pianta. Le monoiche sono ermafrodite se gli organi riproduttivi sono nello stesso fiore. La riproduzione delle piante con fiore avviene attraverso le seguenti tappe: impollinazione, trasporto del polline sul pistillo fecondazione
pag. 10 sviluppo del seme e del frutto disseminazione, dispersione dei semi germinazione, sviluppo del seme e della nuova piantina. L'impollinazione può avvenire in diversi modi: anemogama se il polline viene trasportato dal vento zoogama se il polline viene trasportato da animali idrogama se il polline viene trasportato dall'acqua La fecondazione avviene nel seguente modo: il polline giunto sullo stimma emette un tubulo, tubetto pollinico che raggiunge la cellula uovo nell'ovulo. I due nuclei si fondono e avviene la fecondazione. Lo zigote per mitosi si divide fino a dare origine all'embrione della piantina e l'ovulo si trasforma nel seme che conterrà l'embrione. Il seme contiene l'embrione e una o due foglioline chiamate cotiledoni. L'ovario, dopo la fecondazione, si trasforma in frutto. I frutti si distinguono in frutti veri se si formano dall'ovario (pesca, albicocca, prugna, ) e in falsi frutti se si formano dalle altre parti del fiore (mele, pere,...) 2.6. Classificazione piante a) Alghe pluricellulari: piante acquatiche; non hanno un proprio fusto, radici o foglie. b) Briofite, piante terrestri che vivono in ambienti umidi (muschi, epatiche) c) Pteridofite: piante terrestri che hanno radici, fusto e foglie, ma dipendono dall'acqua per la fecondazione (felci, licopodi ed equiseti) d) Spermatofite o piante con i semi Gimnosperme (piante con seme nudo) non hanno un vero fiore e i semi si sviluppano in una struttura detta cono o pigna (conifere) Angiosperme (piante con seme protetto) il loro seme è contenuto nel frutto. Si dividono in monocotiledoni (cereali, iris, palme) e dicotiledoni (leguminose e alberi da frutto).